(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、種々の微粉炭や、汚泥、バイオマス燃料等を燃料をとして、低負荷運転状態を含む広い作動範囲にわたって安定な低ＮＯｘ燃焼が可能であり、総合的なエネルギー効率に優れ、容易に連続運転が可能であって、コストも安いボイラ装置を提供することにある。【解決手段】  本発明にかかるボイラ装置は、下部の燃焼領域に固体燃料を噴出させて燃焼させる火炉と、火炉から燃焼排気ガスの一部を抽気して燃焼用空気と混合し、固体燃料の着火温度以上の温度の高温燃焼用酸化ガスを生成する高温燃焼用酸化ガス生成手段と、固体燃料を燃焼領域に噴出させて火炎を形成させる燃料ノズルと、火炎近傍の燃焼領域に還元雰囲気を形成させるように高温燃焼用酸化ガスを燃焼領域に噴出させる高温燃焼用酸化ガス供給手段とを備えることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部の燃焼領域に固体燃料を噴出させて燃焼させる火炉と、
前記火炉から燃焼排気ガスの一部を抽気して燃焼用空気と混合し、前記固体燃料の着火温度以上の温度の高温燃焼用酸化ガスを生成する高温燃焼用酸化ガス生成手段と、
前記固体燃料を前記燃焼領域に噴出させて火炎を形成させる燃料ノズルと、
前記火炎近傍の燃焼領域に還元雰囲気を形成させるように前記高温燃焼用酸化ガスを前記燃焼領域に噴出させる高温燃焼用酸化ガス供給手段と
を備えることを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
燃焼用空気を前記高温燃焼用酸化ガスより低い温度に予熱して燃焼用二次空気を生成する空気予熱手段と、
前記燃焼用二次空気を前記火炎後流の前記燃焼領域に噴出させる二次空気供給手段と
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のボイラ装置。
【請求項３】
前記高温燃焼用酸化ガス生成手段は、前記燃焼用空気を作動流体として使用するエアエジェクタを備えることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項４】
前記高温燃焼用酸化ガス生成手段は、前記火炉から抽気した高温の燃焼排気ガスを加圧して吐出する排風器を備えることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項５】
前記高温燃焼用酸化ガス生成手段は、前記燃焼排気ガスを加圧して吐出する前記排風器と、燃焼用空気の流量を調節する流量調節弁と、該排風器から吐出された該燃焼排気ガスと該流量調節弁により流量調節された燃焼用空気とを混合するする混合手段とを備えることを特徴とする、請求項４に記載のボイラ装置。
【請求項６】
前記高温燃焼用酸化ガス生成手段は、燃焼用空気の流量を調節する流量調節弁と、該流量調節弁により流量調節された燃焼用空気と前記燃焼排気ガスとを、混合して高温燃焼用酸化ガスを生成する混合手段と、混合手段からの高温燃焼用酸化ガスとを吸込んで加圧吐出し、前記高温酸化ガス供給手段に、高温燃焼用酸化ガスとして供給することのできる排風器とを備えることを特徴とする、請求項４に記載のボイラ装置。
【請求項７】
前記燃料ノズルおよび前記高温酸化ガス供給手段を、該燃料ノズルの燃料噴出位置と該高温酸化ガス供給手段のガス噴出位置とを互いに離間させて配置することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項８】
前記燃料ノズルおよび前記高温酸化ガス供給手段を、該燃料ノズルの燃料噴出中心と該高温酸化ガス供給手段のガス噴出中心とを互いに同軸に配置することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項９】
前記二次空気供給手段の空気噴出位置を燃料ノズルの燃料噴出位置に対し、前記高温酸化ガス供給手段のガス噴出位置より遠くに離間させて配置することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１０】
前記燃料ノズル、前記高温酸化ガス供給手段および前記二次空気供給手段を、該燃料ノズルの燃料噴出中心と、該高温酸化ガス供給手段のガス噴出中心および該二次空気供給手段の空気噴出中心とを互いに同軸に、燃料ノズルの外側に、高温酸化ガス供給手段、二次空気供給手段の順に、環状に配置することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１１】
前記高温酸化ガス供給手段の配設位置より後流の前記燃焼領域に、前記高温燃焼用酸化ガスの一部を噴出させる後段高温酸化ガス供給手段を備えることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１２】
前記高温酸化ガス供給手段の配設位置より後流の前記燃焼領域に、前記二次空気供給手段からの前記燃焼用二次空気を噴出させることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１３】
前記高温酸化ガス供給手段の配設位置より後流の前記燃焼領域に前記固体燃料の一部を噴出させ、前記二次空気供給手段からの前記燃焼用二次空気と混合して燃焼させる後段燃料ノズルと、
該後段燃料ノズルの配設位置より後流の前記燃焼領域に前記燃焼用二次空気を噴出させる後段二次空気供給手段の空気噴出口と
を備えることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１４】
互いに対向する前記火炉の各壁面に、前記燃料ノズルと前記二次空気供給手段の空気噴出ノズル及び前記高温酸化ガス供給手段の噴出ノズルとをそれぞれ対向して配置することを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１５】
前記燃料ノズル手段及び燃焼用空気供給手段は、前記火炉内の水平な仮想円の接線方向に、前記燃料及び燃焼用空気をそれぞれ噴出させ、前記火炉内に旋回流を発生させつつ前記固体燃料を燃焼させることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１６】
前記空気予熱手段は、前記火炉からの排気ガスにより燃焼用空気を予熱することを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１７】
前記固体燃料は、微粉炭であり、前記高温燃焼用酸化ガスを、８００℃以上に加熱することを特徴とする、請求項１乃至１６のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１８】
前記火炉からの排気ガスを搬送ガスとし、該搬送ガスにより前記固体燃料を前記燃料ノズルに搬送することを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項１９】
石炭を微粉炭に粉砕するミル装置を備え、前記火炉からの排気ガスを雰囲気ガスとし、該排気ガスをミル装置に供給して微粉炭を製造すると共に、該排気ガスを搬送ガスとして微粉炭をミル装置から燃料ノズルに搬送することを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項２０】
前記火炉からの排気ガス中の灰儘を除去する粉塵除去手段を備えることを特徴とする、請求項１８または１９のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項２１】
下部の燃焼領域に固体燃料を噴出させて燃焼させる火炉と、
前記固体燃料を前記燃焼領域に噴出させて火炎を形成させる燃料ノズルと、
前記火炉から前記固体燃料の着火温度以上の温度の燃焼排気ガスの一部を抽気し、高温燃焼用酸化ガスとして、前記火炎近傍の燃焼領域に還元雰囲気を形成させるように前記燃焼領域に噴出させる高温燃焼用酸化ガス抽気供給手段と、
燃焼用空気を前記高温燃焼用酸化ガスより低い温度に予熱して燃焼用二次空気を生成する空気予熱手段と、
前記燃焼用二次空気を前記火炎後流の前記燃焼領域に噴出させる二次空気供給手段と
を備えることを特徴とするボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭、汚泥、バイオマス燃料等の固体燃料を燃焼させて高温の水蒸気を得ることができるボイラ装置に関し、低質燃料を含む様々の燃料を燃焼させるとともに低負荷時を含めた排気ガス中のＮＯｘの低減が可能で、排気ガス中の粉塵による閉塞が少なく経済性に優れたボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、火力発電所においては、微粉炭を燃料とするボイラが知られているが、そのような微粉炭燃焼ボイラの問題点として、（１）フューエルＮＯを中心とするＮＯｘの発生量が多く、（２）揮発性の低い炭種の着火性が悪く安定燃焼が困難なこと、があげられ、さらにコストダウンの観点からボイラの一層の小型化が望まれていた。
従来技術においては、着火性の確保とフューエルＮＯの減少手段として、着火点近傍の微粉炭濃度を調整して着火性を確保するとともに、燃焼用空気量を調節して着火点近傍を還元性雰囲気にし、フューエルＮの酸化を抑止してフューエルＮＯの発生を抑止することが行われている。しかし、上記のような従来技術によっては、着火性の改善に限界があるため還元性雰囲気の形成によるＮＯｘ発生の抑制にも限度があり、結局、大型の脱硝装置によるＮＯｘ処理を施さざるを得ないという問題があった。
【０００３】
近年においては、高温空気燃焼技術を微粉炭燃焼に適用して、着火性の向上の向上を図る発明が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２１５０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に提案された高温空気燃焼技術を実際のボイラへ適用するためには、以下のような種々の課題がある。
（１）揮発性の低い炭種も含めた種々の炭種を燃料として、低負荷から高負荷まで広い作動範囲で低ＮＯｘ、安定燃焼が可能であること。
（２）また、低負荷時の効率向上、特に所内率を低下させるとともに蒸気条件を向上（高温水蒸気量の確保）させること。
（３）装置のコンパクト化によるコストダウンができること。
（４）従来の微粉炭燃焼ボイラを高温燃焼技術ボイラへ改造する場合も想定されるので該改造工事が極力小規模なものとできること。
（５）可動部の故障や燃焼排気ガス中の粉塵による閉塞等を原因として運転が阻害されることなく長期間の連続運転ができること。
（６）汚泥やバイオマス等の低質燃料にも適用可能で、安定燃焼ができること。
【０００５】
以下、上記について詳細に説明する。
微粉炭は、ボイラ内で加熱されガス化して燃焼するが、かかるガスの発生のしやすさ（揮発性）は炭種により異なり、例えば、炭化度が進み煙の少ない無煙炭の揮発性は低く着火性が極端に悪い。無煙炭を含む種々の炭種を燃料として、低負荷から定格運転までの広い作動範囲で安定して燃焼させることは殆ど不可能である。
【０００６】
前述のように微粉炭燃焼において発生するＮＯｘは、いわゆるフュ−エルＮＯが多く、サーマルＮＯｘに対して有効な排ガス再循環法等の対策によっても火炉からのフュ−エルＮＯ発生を減少させる事が困難であるので、重油等を燃料とする場合に比較すれば大型の脱硝装置によりこれを除去せざるをえない。
さらに、低負荷での運転時においては、微粉炭の燃焼が不安定になるため、定格出力運転時に比較すれば、同じ量の微粉炭を安定に燃焼させるために必要な空気量が増加し、供給空気量の増加によりバーナ近傍の雰囲気が酸化性雰囲気になり、結果として発生ＮＯｘ量の増加を招いてしまう。加えて、この空気量の増加により、該空気を送風するための排風器動力が増加し（所内率増加）、該空気（燃焼排気ガスの一部）に保持されたまま大気中へ放出されて無駄になる熱量も増加し、高温水蒸気を効率的に確保することができず、ボイラ効率の低下を招く。このため、低負荷運転時においては、ボイラ装置の総合的なエネルギー効率が低下することになる。
【０００７】
さらに特許文献１の発明をそのままボイラ装置に適用した場合には、燃焼用空気を高温まで加熱するための大型の装置が必要でありコスト高になり易く、特に、従来型のボイラ装置を改造して着火性を向上させる場合には、燃焼用空気加熱のための大型装置を設置するとともにそのための火炉まわりの配管工事等大規模な改造が必要となることから適切とはいえなかった。
【０００８】
高温空気燃焼技術をボイラ設備に適用する場合には、高温燃焼用酸化ガスを生成する手段として、一般には、熱交換器が使用されており、燃焼排気ガス温度が〜９００℃という高温であることから、セラミックの蓄熱材を使用する交番型又は回転式の蓄熱式熱交換器が好適とされている。しかし交番型の場合には４方切換弁、回転式の場合には高熱に晒される回転蓄熱体自体という可動部をそれぞれ有するので、係る可動部が故障し、連続運転を阻害する可能性がある。また、燃焼排気ガス中には多量の粉塵が含まれており、該粉塵が熱交換器を閉塞させて連続運転を阻害する場合もあり、その対策として燃焼排気ガス中の粉塵を除去するサイクロンや、一旦付着した粉塵を、圧縮空気や蒸気を吹き付けることにより除去するスートブロー等の粉塵除去手段を付加する場合もあった。
【０００９】
また、環境保全の観点から、加熱により燃焼性のガスを発生する汚泥やバイオマス燃料もボイラ装置において燃焼させることが望ましいが、これらも含有水分量が多く着火性が悪いため、既存のボイラで燃焼させることは困難である。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭種の異なる種々の微粉炭や、汚泥、バイオマス燃料等の低質燃料を使用することができ、低負荷運転状態を含む広い作動範囲に亘ってＮＯｘの発生量が少なく、安定燃焼が可能であり、総合的なエネルギー効率に優れ、容易に連続運転が可能であって、コストも安いボイラ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明によっては、下部の燃焼領域に固体燃料を噴出させて燃焼させる火炉と、前記火炉から燃焼排気ガスの一部を抽気して燃焼用空気と混合し、前記固体燃料の着火温度以上の温度の高温燃焼用酸化ガスを生成する高温燃焼用酸化ガス生成手段と、前記固体燃料を前記燃焼領域に噴出させて火炎を形成させる燃料ノズルと、前記火炎近傍の燃焼領域に還元雰囲気を形成させるように前記高温燃焼用酸化ガスを前記燃焼領域に噴出させる高温燃焼用酸化ガス供給手段とを備えることを特徴とするボイラ装置が提供される。
【００１１】
なお、ここで「固体燃料」としては、様々の炭種の微粉炭や、木材チップ等のバイオマス燃料等、固体状のものの他、汚泥などスラリー状の燃料を含む。
また、「燃焼用空気」とは、燃焼排気ガスを含まない、大気中から取り込む空気のことをいい、その意味において「燃焼用新気」と同義である。
該ボイラ装置は、前記燃焼用空気を前記高温燃焼用酸化ガスより低い温度に予熱して燃焼用二次空気を生成する空気予熱手段と、前記燃焼用二次空気を前記燃焼領域に噴出させる二次空気供給手段とを更に備えることとしてもよい（請求項２）。
【００１２】
前記高温燃焼用酸化ガス生成手段は、前記燃焼用空気を作動流体として使用するエアエジェクタであってもよく（請求項３）、前記火炉から抽気した高温の燃焼排気ガスを加圧して吐出する排風器を備えてもよい（請求項４）。さらに、前記高温燃焼用酸化ガス生成手段は、前記燃焼排気ガスを加圧して吐出する前記排風器と、燃焼用空気の流量を調節する流量調節弁と、該排風器から吐出された該燃焼排気ガスと該流量調節弁により流量調節された燃焼用空気とを混合する混合手段とを備えていてもよく（請求項５）、或いは、燃焼用空気の流量を調節する流量調節弁と、該流量調節弁により流量調節された燃焼用空気と前記燃焼排気ガスとを、混合して高温燃焼用酸化ガスを生成する混合手段と、混合手段からの高温燃焼用酸化ガスを吸込んで加圧吐出し、前記高温酸化ガス供給手段に、高温燃焼用酸化ガスとして供給することのできる排風器とを備えていてもよい（請求項６）。
前記高温燃焼用酸化ガス生成手段は、前記燃焼排気ガスを加圧して吐出する前記排風器と、内部を流れる燃焼用空気の流量調節のできる流量調節弁と、該排風器から吐出された該燃焼排気ガスと該流量調節弁により流量調節された燃焼用空気とを混合して、前記高温酸化ガス供給手段に高温燃焼用酸化ガスとして供給する混合手段とを備えることとしてもよく（請求項５）、内部を流れる燃焼用空気の流量調節のできる流量調節弁と、該流量調節弁により流量調節された燃焼用空気と前記燃焼排気ガスとを、同時に、混合させつつ吸込んで加圧吐出し、前記高温酸化ガス供給手段に、高温燃焼用酸化ガスとして供給することのできる排風器とを備えてもよい（請求項６）。
【００１３】
前記燃料ノズルおよび前記高温酸化ガス供給手段を、該燃料ノズルの燃料噴出位置と該高温酸化ガス供給手段のガス噴出位置とを互いに離間させて配置してもよく（請求項７）、該燃料ノズルの燃料噴出中心と該高温酸化ガス供給手段のガス噴出中心とを互いに同軸に配置してもよい（請求項８）。
前記二次空気供給手段の空気噴出位置を燃料ノズルの燃料噴出位置に対し、前記高温酸化ガス供給手段のガス噴出位置より遠くに離間させて配置しても良く（請求項９）、前記燃料ノズル、前記高温酸化ガス供給手段および前記二次空気供給手段を、該燃料ノズルの燃料噴出中心と、該高温酸化ガス供給手段のガス噴出中心及び該二次空気供給手段の空気噴出中心とを互いに同軸に、燃料ノズルの外側に、高温酸化ガス供給手段、二次空気供給手段の順に、環状に配置してもよい（請求項１０）。
【００１４】
前記高温酸化ガス供給手段の配設位置より後流の前記燃焼領域に、前記高温燃焼用酸化ガスの一部を噴出させる後段高温酸化ガス供給手段を備えてもよく（請求項１１）、該燃焼領域に、前記二次空気供給手段からの前記燃焼用二次空気を噴出させてもよい（請求項１２）。
前記高温酸化ガス供給手段の配設位置より後流の前記燃焼領域に前記固体燃料の一部を噴出させ、前記二次空気供給手段からの前記燃焼用二次空気と混合して燃焼させる後段燃料ノズルと、該後段燃料ノズルの配設位置より後流の前記燃焼領域に前記燃焼用二次空気を噴出させる後段二次空気供給手段の空気噴出口とを備えてもよい（請求項１３）。
【００１５】
互いに対向する前記火炉の各壁面に、前記燃料ノズルと前記二次空気供給手段の空気噴出ノズル及び前記高温酸化ガス供給手段のガス噴出ノズルとをそれぞれ対向して配置してもよく（請求項１４）、或いは、前記火炉内の水平な仮想円の接線方向に、前記燃料及び燃焼用空気をそれぞれ噴出させ、前記火炉内に旋回流を発生させつつ前記固体燃料を燃焼させるように配置してもよい（請求項１５）。
【００１６】
前記空気予熱手段は、前記火炉からの排気ガスにより燃焼用空気を予熱することとしても良い（請求項１６）。
本発明のボイラ装置においては、汚泥や木材チップ等のバイオマス燃料等様々の固体燃料が使用できるが、固体燃料として、微粉炭を選択した場合には、前記高温燃焼用酸化ガスを、８００℃以上に加熱することが望ましい（請求項１７）。
【００１７】
前記火炉からの排気ガスを搬送ガスとし、該搬送ガスにより前記固体燃料を前記燃料ノズルに搬送することとしてもよく（請求項１８）、それに加えて、石炭を微粉炭に粉砕するミル装置を備え、前記火炉からの排気ガスを雰囲気ガスとし、該排気ガスをミル装置に供給して微粉炭を製造するととしてもよく（請求項１９）、前記火炉からの排気ガス中の灰儘を除去する粉塵除去手段をさらに備えることが好ましい（請求項２０）。
【００１８】
請求項２１の発明は、下部の燃焼領域に固体燃料を噴出させて燃焼させる火炉と、前記固体燃料を前記燃焼領域に噴出させて火炎を形成させる燃料ノズルと、前記火炉から前記固体燃料の着火温度以上の温度の燃焼排気ガスの一部を抽気し、高温燃焼用酸化ガスとして、前記火炎近傍の燃焼領域に還元雰囲気を形成させるように前記燃焼領域に噴出させる高温燃焼用酸化ガス抽気供給手段と、燃焼用空気を前記高温燃焼用酸化ガスより低い温度に予熱して燃焼用二次空気を生成する空気予熱手段と、前記燃焼用二次空気を前記火炎後流の前記燃焼領域に噴出させる二次空気供給手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明の特徴は、高温の燃焼排気ガスを直接燃焼用空気と混合させることにより、燃料の着火温度以上（種々の微粉炭を考慮すると８００℃以上）の高温燃焼用酸化ガスを、低負荷から高負荷の広い作動範囲（好ましくは全範囲）にわたり確保し、火炉内の燃焼領域に噴出させて高温空気燃焼を生ぜしめることにある。
すなわち、火炉内の燃焼領域において燃料ノズルから噴出させた微粉炭を燃焼させて火炎を形成させるとともに、高温燃焼用酸化ガス生成手段によって、火炉から一部抽気された燃焼排気ガスと燃焼用空気とが混合され、着火温度以上の温度の高温燃焼用酸化ガスを生成される。該高温燃焼用酸化ガスが高温酸化ガス供給手段により火炎近傍の燃焼領域に還元性雰囲気を形成させるように噴出され、着火点近傍における燃焼を高温且つ還元雰囲気内における高温空気燃焼とするのである。
【００２０】
このような構成の本発明による効果には、（１）高温空気燃焼による効果と（２）燃焼排気ガスと燃焼用空気とを混合して高温燃焼用酸化ガスを生成することによる効果、との２つの効果があるが、まず、高温空気燃焼の効果について説明する。
まず、本発明のボイラ装置における燃焼により生成される火炎の近傍には、高温雰囲気が形成され、燃料ノズルから噴出される燃料（例えば微粉炭）が、高温に晒されて、熱分解（揮発）による燃焼性ガスが早期に発生する。このとき、雰囲気が高温であることから、燃料が低揮発性のものであっても揮発が促進され着火性が向上して安定な燃焼ができる。このため、低負荷運転時を含めて消炎することがない。
【００２１】
また、着火性が向上しているため、高温燃焼用酸化ガスの供給量を適宜に調節して、消炎することなく火炎近傍の雰囲気を常に高温の還元性雰囲気に保持したまま、低負荷運転から高負荷運転までの広い作動領域で上記安定燃焼が可能である。このような還元性雰囲気内燃焼の効果として、燃料中に含まれる窒素成分の早期酸化によるフューエルＮＯｘの発生が抑止されるのでボイラ装置から排出されるＮＯｘ発生量を低減することができる。従って脱消装置や排風器動力に消耗されるエネルギーを減少させることができエネルギー効率が向上する。
【００２２】
これらに加えて、高温燃焼用酸化ガスによる加熱効果により、多量の水分を含む汚泥やバイオマス燃料も火炉内において瞬時に乾燥・揮発させ、燃焼させることが可能である。
次に、高温の燃焼排気ガスを直接燃焼用空気と混合させることによる効果を以下に説明する。
第１に、燃焼排気ガスの一部が火炉内に戻されて高温かつ還元性雰囲気の火炎に晒されるため、燃焼排気ガスに含まれているＮＯｘが還元され、全体として、ＮＯｘ低減効果が更に促進される。
【００２３】
第２には、燃焼排気ガスの空気との混合により生成される高温燃焼用酸化ガス中の酸素濃度は、空気の酸素濃度より低いので、それだけ還元性雰囲気を達成しやすく、ＮＯｘ低減に一層の効果がある。
第３の効果として、熱交換手段が不要であるため、故障の原因となる可能性の高い可動部（例えば、交番型蓄熱式熱交換器の４方弁）、とりわけ高温の可動部（例えば、回転型蓄熱式熱交換器の回転蓄熱体）がなく、その分、故障の発生が少なく容易に連続運転ができる。
【００２４】
さらに熱交換手段ではなく、単なる混合のみで高温の燃焼用空気を製造するため、熱交換器における多数の細い配管や、或いは、ハニカム構造の蓄熱体等、粉塵による閉塞を生じやすい狭隘部が少なく、構造上、粉塵による閉塞の発生が少なく、容易に連続運転ができる。
その結果、サイクロン等燃焼排気ガスからの粉塵除去装置や、一旦付着した粉塵を除去する設備が不要になる。
【００２５】
なお、このように燃焼用空気を高温の燃焼排気ガスと混合させることのみにより着火温度以上の高温燃焼用酸化ガスを生成してもよいが、燃焼用空気の全量又は一部を混合前に予熱してもよい。
請求項２の発明は、一部の燃焼用空気を、燃料の着火温度以上ではなく、例えば、３００〜３５０℃程度まで予熱する空気予熱手段を設け、該予熱された燃焼用空気（燃焼用二次空気）を二次空気供給手段により火炎の後方に供給するもので、その特徴は、必要最小量の高温燃焼用酸化ガスにより、高温かつ還元性の雰囲気下における着火性を確保し、高温燃焼用酸化ガス生成手段等にかかる設備等の小型化／最適化をはかることにある。その結果、本発明は以下の効果を奏する。
【００２６】
前述のように、火炎の燃焼領域には、高温の還元性雰囲気が形成され、安定な低ＮＯｘ燃焼が実現している。この高温還元性雰囲気下において、高温燃焼用酸化ガスのみにより燃焼を完結させるのではなく、上記着火性の向上による、言わば、安定な火種（前段燃焼）をつくり、後段に、二次燃焼用空気（固体燃料の着火温度以下）を供給して後段燃焼をさせ、燃焼を完結させる。この二次燃焼用空気の温度は高くはないが、既に燃焼前段において高温燃焼用酸化ガスによって燃焼反応が進んでおり、一部は未燃燃料として、又一部は、燃焼が完了していない活性種を含む中間反応種として、残部は既燃ガスとして後段燃焼領域に到達し、ただち燃焼用二次空気と反応することができる。従って、後段燃焼領域を含む燃焼火炎全体に亘って、高温の雰囲気が達成され、燃焼後段についても安定な燃焼が継続する。すなわち、前段燃焼に必要な最小量の高温燃焼用酸化ガスのみにより燃焼全体を安定な高温空気燃焼とすることができるので、燃焼全体にわたりＮＯｘ発生量を低減することができる。
【００２７】
第２に、低揮発性の炭種を燃料として使用した場合や、低負荷運転時においては、通常では、着火性の低下や炉内温度の低下による燃焼の不安定化を補うため燃焼用空気量の増加が必要となる。しかし本発明によっては、低揮発性の炭種を燃料として使用した場合、或いは低負荷運転時においては、それに応じて、燃焼用二次空気の供給割合を適宜低減させるとともに高温燃焼用酸化ガスの供給割合を適宜増加させて、容易に着火点近傍の雰囲気を着火温度以上に保持して安定燃焼を維持してすることができ、燃料と燃焼用二次空気及び高温燃焼用酸化ガスの合計（全燃焼用空気量）との比率（空気比）を、炭種や運転出力に関わらず一定に保持することができる。このため、全燃焼用空気量の増加に伴なう排風器動力の増加、排気ガス（燃焼に使用されなかった上記空気を含む）に同伴して大気中に散逸する熱量の増加をなくすることができる。すなわち、如何なる燃料を使用しても、或いは低負荷運転時においても総合的なエネルギー効率の低下を防止できる。
【００２８】
第３に、本発明においては、多量の燃焼用空気を高温にする必要がないので、そのための設備を小型化できる。この特徴は、特に、従来型ボイラの改造により高温燃焼用酸化ガスを供給する設備を付加して本発明を適用する場合において、既存の設備の多くをそのまま利用して改造の規模を小規模なものとできることから重要である。
請求項３の発明によれば、高温酸化ガス生成手段は、好ましくは、燃焼用空気を作動流体とするエアエジェクタを備えることとしたので、構造が単純で可動部もないため、故障が殆どありえないエアエジェクタにより、容易に火炉から高温の燃焼排気ガスの一部を抽気し、該エアエジェクタ内において、作動流体としても作用している燃焼用空気と混合して、高温燃焼用酸化ガスを生成することができる。
【００２９】
請求項４の発明によれば、高温酸化ガス生成手段は、好ましくは、火炉から抽気した高温の燃焼排気ガスを加圧して吐出し、高温酸化ガス供給手段に高温燃焼用酸化ガスとして供給することのできる排風器を備えることとしたので、該排風器により容易に火炉から高温の燃焼排気ガスの一部を抽気して、高温燃焼用酸化ガスとして供給することができる。
好ましくは、高温燃焼用酸化ガス生成手段は、燃焼排気ガスを加圧して吐出する排風器と、燃焼用空気の流量を調節する流量調節弁と、該排風器から吐出された該燃焼排気ガスと該流量調節弁により流量調節された燃焼用空気とを混合する混合手段を燃焼用空気燃焼用空気備えることとすると（請求項５）、排風器から吐出される燃焼排気ガスと、燃焼用空気とを、それらの混合割合を流量調節弁で調節しながら混合させて高温燃焼用酸化ガスを生成し高温酸化ガス供給手段に供給することが出来る。或いは、燃焼用空気の流量を調節する流量調節弁と、該流量調節弁により流量調節された燃焼用空気と前記燃焼排気ガスとを、混合して高温燃焼用酸化ガスを生成する混合手段と、混合手段からの高温燃焼用酸化ガスを吸込んで加圧吐出し、前記高温酸化ガス供給手段に、高温燃焼用酸化ガスとして供給することのできる排風器燃焼用空気を備えても同様の効果を奏することができる（請求項６）。
【００３０】
燃料ノズルと高温酸化ガス供給手段のそれぞれの噴出口位置は、互いに離間させて配置させる（請求項７）、或いは互いの中心を同軸に配置する（請求項８）こともでき、前段燃焼領域に燃料の着火温度以上の高温燃焼用酸化ガスを供給するようにしたことにより、ボイラ設計上の自由度が向上し、配置スペースや燃料や高温酸化ガスを供給する機構との位置関係などを考慮して最適な配置が可能となる。
【００３１】
また、上述のような後段燃焼領域への燃焼用二次空気の供給を、必要に応じて、より燃料ノズル側に近づけることもできるが、いずれにしても、請求項９の発明のように、二次空気供給手段の空気噴出位置を燃料ノズルの燃料噴出位置に対し、高温酸化ガス供給手段のガス噴出位置より遠くに離間させて配置したり、請求項１０の発明のように、燃料ノズル、高温酸化ガス供給手段および二次空気供給手段を、該燃料ノズルの燃料噴出中心と、該高温酸化ガス供給手段のガス噴出中心および該二次空気供給手段の空気噴出中心とを互いに同軸に、燃料ノズルの外側に、高温酸化ガス供給手段、二次空気供給手段の順に、環状に配置することが必要であり、燃料ノズル先端の燃焼火炎には、まず、高温燃焼用酸化ガスが接触し、着火点近傍に前述の高温還元性雰囲気を形成するとともに、燃焼火炎の周囲から燃焼用二次空気が供給され、燃焼を完結させることができる。
【００３２】
更に、高温酸化ガス供給手段の配設位置より後流の燃焼領域に、必要に応じて、高温燃焼用酸化ガスの一部を噴出させる後段高温酸化ガス供給手段を備えることにより（請求項１１）、又は必要に応じて該燃焼領域に、二次空気供給手段からの燃焼用二次空気を噴出させたので（請求項１２）、前段燃焼において、還元性雰囲気で燃焼させるため燃焼していない未燃焼燃料を燃焼させ、燃焼全体を完結させることができる。
【００３３】
さらに、必要に応じ高温酸化ガス供給手段の配設位置より後流の燃焼領域に固体燃料の一部を噴出させ、二次空気供給手段からの燃焼用二次空気と混合して燃焼させる後段燃料ノズルと、該後段燃料ノズルの配設位置より後流の前記燃焼領域に前記燃焼用二次空気を噴出させる後段二次空気供給手段の空気噴出口とを更に備えることにより（請求項１３）、後段燃料ノズルの火炎着火点近傍に形成された高温かつ強力な還元性雰囲気の外延に燃料を供給して燃焼用二次空気により燃焼させることもでき、この強力な還元性雰囲気の外延もまた高温の還元性雰囲気になっているので、ＮＯｘ発生が抑制され、また、発生したＮＯｘが還元されるので、全体として安定な低ＮＯｘ燃焼が実現できる。後段燃料ノズル近傍の燃焼において未燃の燃料は、後段燃料ノズルの更に後流側に設置される二次空気供給手段の噴出口から供給される燃焼用二次空気により燃焼させて燃焼を完結させる。
【００３４】
互いに対向する火炉の各壁面に、燃料ノズルと二次空気供給手段の空気噴出ノズル及び高温酸化ガス供給手段のガス噴出ノズルとをそれぞれ対向して配置して、火炉の軸心近傍に安定な燃焼領域を形成させることもできるし（請求項１４）、前記燃料ノズル手段及び燃焼用空気供給手段は、前記火炉内の水平な仮想円の接線方向に、前記燃料及び燃焼用空気をそれぞれ噴出させ、前記火炉内に旋回流を発生させつつ前記固体燃料を燃焼させるように配置して、ボイラ中心部に安定な燃焼域を形成させ、燃焼の安定性を向上させることもできる。（請求項１５）。
【００３５】
請求項１６の発明は、好ましくは、空気予熱手段として火炉からの排気ガスにより燃焼用空気を予熱することとしたので、排気ガスの熱量を有効に利用して大気中に放散される熱量を減少させ、エネルギー効率を高めるとともに、予熱のためのバーナ等の設備や燃料等のコストの発生を防止することができる。
本発明は種々の固体燃料が適用可能であり、木材チップ等のバイオマス燃料、汚泥等でもよいが、請求項１７の発明のように、固体燃料が、微粉炭である場合には、高温燃焼用酸化ガスを、好ましくは８００℃以上に加熱することで安定な燃焼が確保できる。
【００３６】
請求項１８の発明によれば、好ましくは、火炉からの排気ガスを搬送ガスとし、該搬送ガスにより固体燃料を燃料ノズルに搬送することとしたので、燃料の搬送に使用して燃料とともに火炉内の燃焼領域に噴出させる空気の酸素濃度が低下し着火点近傍における酸素不足による還元性雰囲気をさらに容易に実現することができる。通常、搬送用空気中の酸素濃度を低下させ、着火点近傍の酸素濃度を下げると燃焼が不安定になるが、高温燃焼用空気の存在により着火点近傍の温度が高温となっているので、燃焼の安定性が維持できる。搬送用空気中の酸素濃度低下による別の効果として、活性化した微粉炭の意図しない着火の可能性を低減し、またそのような着火を防止するための温度制御等の条件を緩和することができる。
【００３７】
請求項１９の発明は、請求項１８の発明に加えて、石炭を微粉炭に粉砕するミル装置を備え、火炉からの排気ガスを雰囲気ガスとし、当該排気ガスをミル装置に供給して微粉炭を製造することとしたので、酸素濃度の高い通常の空気雰囲気下ではなく、酸素濃度の低下した燃焼排気ガス雰囲気下において微粉炭の製造を行うことになる。このため、活性化した微粉炭の意図しない着火の可能性を低減し、またそのような着火を防止するための温度制御等の条件を緩和することができる。請求項１８，１９のいずれの発明においても、排気ガス中の灰儘を除去する粉塵除去手段を備えることにより、搬送等に際し大量の粉塵等が混入して閉塞を生じることを防止することもできる（請求項２０）。
【００３８】
請求項２１の発明は、燃焼用空気と燃焼排気ガスとの混合により高温燃焼用酸化ガスを生成するのではなく、燃焼排気ガスのみを燃料ノズル近傍に供給し、燃焼排気ガス中に残存する６〜１２％程度の酸素のみにより火炎近傍に高温還元性雰囲気を形成して前段燃焼を行わせ、新たな空気は、専ら、燃焼用二次空気として燃焼後段にのみ供給することとしたものである。
【００３９】
すなわち、燃料ノズルから、固体燃料を火炉の燃焼領域に噴出させて火炎を形成させ、高温燃焼用酸化ガス抽気供給手段により、火炉から固体燃料の着火温度以上の温度の燃焼排気ガスの一部を抽気して、火炎近傍の燃焼領域に還元雰囲気を形成させるように噴出させて、燃料ノズル近傍に高温の還元性雰囲気を形成させて高温空気燃焼による前段燃焼を行う。一方で、空気予熱手段により予熱された燃焼用二次空気が、二次空気供給手段により火炎後流に噴出されるので、未燃の燃料が後段燃焼として燃焼し、燃焼を完結させる。これにより、火炉全体としての燃焼排気ガス量を低減し、排風器動力を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、本発明に係るボイラ装置の実施態様を種々の実施例により説明する。
まず、本発明の第１の実施例を、図１を参照して説明する。第１実施例に係るボイラ装置１は、微粉炭（固体燃料）を燃焼させる火炉１０と、給気ブロワ２８により給気した燃焼用空気ＢＡを作動流体として、火炉１０から抽気管２５を介して高温の燃焼排気ガスＥＧ２を吸引抽気し、該排気ガスＥＧ２と該燃焼用空気ＢＡとを混合して、例えば、８００℃以上の高温燃焼用酸化ガスＢＧとするエアエジェクタ２７（高温酸化ガス生成手段）と、該ガスＢＧを火炉１０の燃焼領域１０ａに噴出させる高温酸化ガスノズル（高温酸化ガス供給手段）２６と、微粉炭燃料を燃焼領域１０ａに噴出させ、火炎を形成させる燃料ノズル３１と、燃焼用空気ＢＡを予熱して燃焼用二次空気ＢＡ１とする空気予熱器２２（空気予熱手段）と燃焼用二次空気ＢＡ１を燃焼領域１０ａに噴出させる二次空気ノズル（二次空気供給手段）２１等を備えている。
【００４１】
火炉１０は、下部に燃料ノズル３１等が配置されて燃焼領域１０ａを形成するとともに、主として上部に、燃焼領域１０ａを臨んで形成される輻射伝熱領域１０ｂを備える火炉本体１１と、輻射伝熱領域１０ｂに隣接して並設され、輻射伝熱領域１０ｂを通過して温度の低下した燃焼排気ガスＥＧが下降して流れる箱状の対流伝熱部１２等を備える。火炉本体１１側壁の下端近傍には、複数の燃料ノズル３１と複数の高温空気ノズル２６とが近接して開口し、火炉本体１１側壁のやや上部には、複数の二次空気ノズル２１が開口している。これらのノズルの互いの位置関係については後述する。
【００４２】
火炉本体１１の炉頂近傍の上部側壁には、高温の燃焼排気ガスＥＧ２を火炉１０から抽気するための抽気管２５の一端が配設され、他端はエアエジェクタ２７の吸引部に接続している。抽気管２５の開口位置は、水蒸気発生、過熱を行った後ではあるが、なお、混合により高温燃焼用酸化ガスＢＧを、微粉炭（固体燃料）の着火温度以上（大多数の炭種の着火温度を考慮すると、例えば８００℃以上）にできる温度（例えば、９００℃以上）の燃焼排気ガスＥＧ２を抽気できる位置であり、且つ、燃焼排気ガスＥＧ２に含まれる未燃焼の微粉炭を低減させるため十分な滞留時間を確保できるように、ある程度燃料ノズル３１から離隔し、且つ対流伝熱部１２より上流であって、対流伝熱による温度低下のない位置である。
【００４３】
対流伝熱部１２底部には、水蒸気の発生、過熱により熱量を失い、例えば４００℃程度まで温度の低下した排気ガスＥＧ１の排出口１３があり、該排出口１３は脱硝装置１４、空気予熱器２２等を介して図示しない排気ガス処理設備に接続している。
エアエジェクタ２７は、燃焼用空気ＢＡをエアエジェクタ内のノズルから高速で噴出させて負圧を形成させ、該負圧により高温の燃焼排気ガスＥＧ２を抽気管２５を介して吸引し、該燃焼用空気ＢＡと該燃焼排気ガスＥＧ２とを混合させて高温燃焼用酸化ガスＢＧを生成して吐出する機能を有するものであるが、エアエジェクタ自体は、公知のものであるので詳細な説明は省略する。
【００４４】
エアエジェクタ２７の高温燃焼用酸化ガス排出口２７ａは、配管を介して高温酸化ガスノズル２６に接続し、高温酸化ガスノズル２６は、前述のように火炉本体１１に開口し、高温燃焼用酸化ガスＢＧを適宜方向に適宜強さの旋回を与えて火炉本体１１の燃焼領域１０ａに噴出する機能を有する。
高温酸化ガスノズル２６は、高温燃焼用酸化ガスＢＧを燃焼領域１０ａに噴出できる様々の形状が採用できる。
【００４５】
燃料ノズル３１は、燃焼領域１０ａを臨むように火炉本体１１に取り付けられており、後述のミル３２から搬送された微粉炭を燃焼領域１０ａに噴出できる機能を備える。ミル３２は、石炭Ｃを粉砕して微粉炭にするとともに、搬送用空気ブロワ３３を介して供給される搬送用空気Ａ１により該微粉炭を圧送して燃料ノズル３１に搬送供給する機能を有する。なお、燃料ノズル３１の形状、大きさ、材質、噴出方向、旋回強さ、噴出した燃料の濃淡分布については、特に制限はないが、微粉炭を火炉本体１１内の燃焼領域１０ａの所望の位置に閉塞なく噴出させることのできる様々の形式のものがが採用できる。但し、ノズル先端部に微粉炭に着火するための着火機構（図示せず）を有することはいうまでもなく、スラッギング防止装置等適宜必要装置を付加することができる。
【００４６】
火炉１０側壁の下端近傍には、前述のように燃料ノズル３１と高温酸化ガスノズル２６とが近接して開口しているが、火炉側壁のやや上部には二次空気ノズル２１が開口している。二次空気ノズル２１は、燃焼用二次空気ＢＡ１を適宜方向に適宜強さの旋回を与えて燃焼領域１０ａに噴出させる様々の形式が採用できる。
二次空気ノズル２１、高温酸化ガスノズル２６と燃料ノズル３１との位置関係は、以下のように設定する。すなわち、燃料ノズル３１先端近傍の着火点近傍に高温燃焼用酸化ガスＥＧ２のみが流入して着火点近傍を高温の雰囲気に維持するとともに、該燃焼火炎Ｆ後流側に燃焼用二次空気ＢＡ１が流れ、未燃焼の燃料を燃焼（燃焼後段）させるのに必要な燃焼用空気を供給して、燃焼を完結させる位置に設定するのである。上記状態を達成するためには、各ノズル間の距離を含めた各ノズルの配置、燃料や高温燃焼用酸化ガス、燃焼用二次空気の噴出量、噴出速度や噴出方向等を考慮して、様々の態様が採用できるが、燃料ノズル３１近傍に高温酸化ガスノズル２６を配置し、燃料量ノズル３１の位置から見て火炎Ｆ後流側に二次空気ノズル２１を配置することが望ましい。本実施例においては、図１に示すように、火炉本体１１壁面に垂直に設置した複数の燃料ノズル３１下側にそれぞれ近接して、複数の高温酸化ガスノズル２６をやや上向きに火炎Ｆの着火点Ｆ１近傍を指向して設置し、燃料ノズル３１上側（すなわち燃料ノズル３１より後流側）に、燃料ノズル３１と高温酸化ガスノズル２６との距離より燃料ノズル３１と二次空気ノズル２１との距離が大となるように複数の二次空気ノズル２１を燃料ノズル３１にそれぞれ対応して配置している。上述のように、燃料ノズル３１、高温酸化ガスノズル２６及び二次空気ノズルは、火炉本体１１の上下方向（燃焼排気ガスの流れに沿って下流、上流方向）に分布して配置されているが、その平面上の配置を図１のＡ−Ａ矢視図である図２に示す。図２に示すように、高温酸化ガスノズル２６、燃料ノズル３１、及び二次空気ノズル２１は、それぞれ、火炉本体１１の互いに対向する壁面に互い対向するように各壁面に、例えば、２組ずつ設置される。但し、高温酸化ガスノズル２６と燃料ノズル３１は、二次空気ノズル２１の下に位置するため、図２中では重なるので（  ）で表示されている。
【００４７】
空気予熱器２２は、燃焼により発生し、抽気管２５から抽気されなかった残余の燃焼排気ガスであって、火炉１０内において輻射伝熱領域１０ｂ及び対流伝熱部１２を通過して水蒸気を発生、過熱させて自らは熱回収され、例えば４００℃程度まで温度が低下し、対流伝熱部１２底部の排気口１３から排出された排気ガスＥＧ１を熱源として、給気ブロワ２３により給気した燃焼用空気ＢＡを３００〜３５０℃まで予熱する機能を有する。空気予熱器２２は排気口１３と脱硝装置１４を介して接続しており、又、空気予熱器２２において燃焼用空気ＢＡを予熱した排気ガスは図示しない排気ガス処理設備へ送風される構造となっている。なお、空気予熱器２２及び空気予熱器２２に空気を供給する給気ブロワ２３等は公知のものであるのでここでは説明を省略する。
【００４８】
ボイラ装置１は、火炉本体１１に供給される微粉炭の揮発性、及び運転負荷状態が変化しても、高温燃焼用酸化ガスＢＧが必要空気温度（微粉炭の着火温度以上：例えば８００℃）となるとともに燃焼に必要な高温燃焼用酸化ガスＢＧと燃焼用二次空気ＢＡ１とがそれぞれ適量供給されるように、燃焼排気ガスＥＧ２抽気流量、高温燃焼用酸化ガスＢＧ及び燃焼用二次空気ＢＡ１の流量を調節する制御装置３５を備える。制御装置３５は、少なくとも給気ブロワ２３及び２８等から空気流量、給炭量等のデータを得ると同時にこれらの運転状態を制御する機能を備える。より詳しくは、制御装置３５は別途入力される、微粉炭の揮発性等の燃料性状、及び運転負荷に関する運転指令情報を演算処理して、高温燃焼用酸化ガスＢＧ及び燃焼用二次空気ＢＡ１の流量を適宜設定し給気ブロワ２３、２８の吐出圧力、流量等を設定、制御する機能を備える。
【００４９】
ここで、制御装置３５は、微粉炭の揮発性が低いほど、或いは運転出力（負荷）が定格出力に対して低いほど、高温燃焼用酸化ガスＢＧ量の割合を増加させ、その分、燃焼用二次空気ＢＡ１量の割合を低減させて、燃焼させる燃料量に対する燃焼用空気量の合計の比（空気比）が、微粉炭の炭種（揮発性）、運転出力によらず一定になるように制御する。
また、運転状態情報に基づき搬送用空気ブロワ３３の吐出圧力、流量等或いはミル３２において粉砕処理する石炭量等を設定、制御する機能も併せて備える。
【００５０】
なお、本ボイラ装置１は、水蒸気を発生するための水管、水蒸気を過熱する過熱器、排気ガスの熱除去を行うエコノマイザ等を備えているが、これらの設置位置と形状及び機能は公知のボイラ装置とかわるところがないのでここでは図示、説明を省略する。
次に、上記ボイラ装置１の作用について説明する。
本ボイラ装置１によっては、火炉１０において発生し抽気された燃焼排気ガスＥＧ２と燃焼用空気ＢＡとをエアエジェクタ２７内において混合して火炎Ｆの着火点近傍における高温還元性雰囲気を形成して燃焼の前段を高温空気燃焼とするのに必要な最小量の高温燃焼用酸化ガスＢＧを生成して高温酸化ガスノズル２６を通して火炉１０へ供給するとともに、後段燃焼に必要な空気は、空気予熱器２２によって予熱された燃焼用二次空気ＢＡ１として二次空気ノズル２１を供給する。
【００５１】
このため、燃焼に必要な酸化ガスの一部を高温（例えば、８００℃）にするのみで、火炎近傍（着火点近傍）において高温の還元性雰囲気が形成され、前段燃焼のみならず前段燃焼のみならず後段燃焼まで含めた全燃焼において安定な低ＮＯｘ燃焼が達成される。また、一旦火炉１０外へ抽気された燃焼排気ガスが再び火炉１０内で高温の還元性雰囲気に晒されて燃焼排気ガス内のＮＯｘが還元されるという再循環によるＮＯｘ低減効果も発生する。
【００５２】
さらに、燃焼に必要な酸化ガスの一部のみを高温にすればよいので、エアエジェクタ２７等の小型化／最適化が達成される。
また、高温酸化ガス生成手段が、エアエジェクタ２７等のように、単純な構造の静的機器（回転部等故障を生じやすい可動部がない）のみから構成されているため、故障により運転が停止されることが少なく、熱効果器により燃焼用空気を加熱して高温燃焼用酸化ガスを生成する場合には必要となるサイクロン等の脱塵手段も不要となる。
【００５３】
以下により詳しく説明する。本ボイラ装置１の燃料ノズル３１から噴出する微粉炭の燃焼により高温（例えば１，３００℃）の燃焼排気ガスＥＧが発生する。該燃焼排気ガスＥＧの一部は、給気ブロワ２８から供給される燃焼用空気ＢＡを作動流体とするエアエジェクタ２７の吸引作用により抽気管２５を介して抽気され、高温（例えば、９００℃）の燃焼排気ガスＥＧ２としてエアエジェクタ２７に流入し、該燃焼排気ガスＥＧ２が、作動流体でもある燃焼用空気ＢＡと混合して高温燃焼用酸化ガスＢＧを生成する。このようにして生成された高温燃焼用酸化ガスＢＧは、高温酸化ガスノズル２６から燃料ノズル３１近傍に形成される火炎Ｆ近傍に噴出される。該空気ＢＧと燃料ノズル３１から噴出する微粉炭の燃焼による協働作用として、火炎Ｆの着火点Ｆ１近傍に高温の還元性雰囲気が形成される。また、微粉炭の搬送空気Ａ１も燃料ノズル３１から噴出されるので、該空気量も必要に応じて調整され、最適な高温還元性雰囲気が形成される。
【００５４】
このとき、本ボイラ装置１においては、全燃焼を高温燃焼用酸化ガスＢＧにより行うのではなく、後段燃焼には燃焼用二次空気ＢＡ１を供給するので、高温酸化ガスノズル２６から供給される高温燃焼用酸化ガスＢＧに含まれる酸素の量は燃焼全体に必要な酸素量に比較して少ない。このため、まず、火炎Ｆの着火点Ｆ１近傍に形成される高温還元性雰囲気の中で生じる前段燃焼において、ＮＯｘの発生が抑制されるとともに、低揮発炭種が燃料の場合にも、消炎することなく安定な燃焼が継続する。
【００５５】
そして、火炎Ｆ上部（後流）周囲には、二次空気ノズル２１から火炉本体１１内に噴出されたやや低温ではあるが潤沢な燃焼用二次空気ＢＡ１が充満しているが、該燃焼用二次空気ＢＡ１の供給により、はじめて未燃焼の燃料が後段燃焼を生じて完全に燃焼し、燃焼が完結する。このようにして、後段燃焼も含めた全燃焼にわたり安定な低ＮＯｘ燃焼が実現される。
【００５６】
この二次燃焼用空気ＢＡ１は、給気ブロワ２３から供給される燃焼用空気ＢＡを、空気予熱器２２において排気ガスＥＧ１を熱源として３００〜３５０℃程度まで予熱することにより生成されるものである。また、排気ガスＥＧ１は、火炉１０内での燃焼により発生する高温の燃焼排気ガスＥＧのうち、前述の高温燃焼排気ガスＥＧ２として抽気されなかった残余の燃焼排気ガスであって、火炉１０内の輻射伝熱領域１０ｂ、対流伝熱部１２を通過する際に熱交換により水蒸気を発生、過熱させて、自らは、例えば、４００℃程度まで温度が低下し、排気口１３から火炉１０外へ排出され、脱硝装置１４を介して空気予熱器２２に流入したものである。
【００５７】
なお、高温燃焼用酸化ガスの生成量は、エアエジェクタ２７へ供給する燃焼用空気ＢＡ量を適宜調整して、吸引される燃焼排気ガスＥＧ２量を調整することにより適宜調整される。このとき、燃焼用空気ＢＡ量を変化させることによって、燃焼用空気ＢＡ量と燃焼排気ガスＥＧ２量との割合もある程度変化するので高温燃焼用酸化ガスの温度も調整できる。
【００５８】
また、本ボイラ装置１においては、前述のように燃料ノズル３１、高温酸化ガスノズル２６及び二次空気ノズル２１のいずれもが互いに対向配置されているため、火炉本体１１内で火炎Ｆが互いに対向して燃焼するので火炉本体１１中央付近に特に安定な燃焼域が確保され、安定な低ＮＯｘ燃焼が継続する。
さらに、本実施例にかかるボイラ装置１は、以下の更なる効果を奏する。すなわち、本技術を既存の微粉炭焚ボイラに適用する場合には、高温燃焼用酸化ガスを生成し火炉内に噴出供給する手段である抽気管２５、エアエジェクタ２７、高温酸化ガスノズル２６等のみを改造工事により追加すればよく、それ以外の燃料供給設備や二次空気供給設備は既存のものを一部改造するのみで高温空気燃焼を達成することが出来るのである。
【００５９】
また、本ボイラ装置１においては、燃焼の高温化により燃焼反応時間が短縮されるので、火炉１０における微粉炭の滞留時間を短くすることが可能であり、その間に微粉炭が燃焼排気ガスとともに移動する距離も短くなるので、火炉１０を含むボイラ装置１全体をコンパクトにすることが可能となる。
以上で本発明にかかる第１の実施例のボイラ装置１の説明を終了するが、本ボイラ装置１に様々の態様があることはいうまでもなく、以下にかかる第１の実施例の別態様を説明する。
【００６０】
本実施例においては、燃料ノズル等の配置について、上下方向には、例えば、燃料ノズル３１を一段のみ設置したが、上下方向にも燃料ノズル３１を複数段配置してもよい。また、本実施例においては、すべてのノズルを互いに離間して設置したが、燃料ノズル３１と高温酸化ガスノズル２６の各中心を同軸に配置してもよく、さらに、燃料ノズル３１、高温酸化ガスノズル２６、二次空気ノズル２１の各中心を互いに同軸として、燃料ノズル３１を中心としてその外側に高温酸化ガスノズル２６、二次空気ノズル２１をこの順に環状に配置（すなわち同軸ノズルとする）し、設置面積の低減を図ってもよい。
【００６１】
本実施例においては、高温の燃焼排気ガスの抽気管２５を、過熱器、水管等より燃焼排気ガスの後流側に設置し、高温燃焼用空気を生成するための燃焼排気ガスも水蒸気発生、過熱に寄与させることとした。しかし、抽気管２５の火炉１０への開口位置は、混合により高温燃焼用酸化ガスＢＧを、微粉炭（固体燃料）の着火温度以上にできる温度の燃焼排気ガスＥＧ２を抽気できる位置であって、燃焼排気ガスＥＧ２に含まれる未燃焼の微粉炭を低減させるため十分な滞留時間を確保できるように、ある程度燃料ノズル３１から離隔していれば、特に限定しない。
【００６２】
本実施例においては、燃焼排気ガスＥＧ２の流量調整は、給気ブロワ２８からエアエジェクタ２７に作動流体として供給する燃焼用空気ＢＡの流量によることとしたが、必要があれば、圧力損失を外部から調整可能なオリフィスを抽気管２５に設置してもよい。給気ブロワ吐出流量及び圧力の調節により燃焼用空気ＢＡ量の調整を行い、一方、該燃焼用空気ＢＡに吸引される燃焼排気ガス量の調整をオリフィスの圧力損失調整により行うことにより、高温燃焼用酸化ガス生成量と、燃焼用空気ＢＡ量と燃焼排気ガスＥＧ２量との割合の変化による高温燃焼用酸化ガスの温度調整とを容易に、互いに独立して行うことができる。
【００６３】
本実施例においては、高温燃焼用酸化ガス生成手段として、エアエジェクタをによる抽気システムを採用しているが、その代替技術として、図３に示すように、例えば、３方に接続口４４ａ、４４ｂ、４４ｃを有し、該接続口のいずれから流入した気体も均一に混合することのできるサージタンク（混合手段）４４と、吸込側が火炉４１の抽気管４３に接続し、吐出側がサージタンク４４の接続口４４ａに接続するブロワ（排風器）４５と、出口側が接続口４４ｂに接続し、入口側が図示しない給気ブロワに接続し燃焼用空気ＢＡを流量調節可能に供給できる流量調節弁４６と、火炉本体４２下部に開口し、接続口４４ｃに配管を介して接続して、サージタンク４４内で混合された燃焼排気ガスＥＧ２と燃焼用空気ＢＡとを、高温燃焼用酸化ガスＢＧとして火炉本体４２の燃焼領域の所望の位置に噴出することのできる高温酸化ガスノズル４７とを備えていてもよい。ブロワ４５により燃焼排気ガスＥＧ２を吸引し、サージタンク４４内に吐出させ、該サージタンク４４内において燃焼排気ガスＥＧ２と図示しない給気ブロワから圧送された燃焼用空気ＢＡとを均一に混合させ、高温酸化ガスノズル４７から噴出させる。このとき、流量調節弁４６を適宜調節して燃焼用空気ＢＡ量を調節することにより、燃焼排気ガスと燃焼用空気との混合割合を適宜設定することができる。なお、ここでブロワ４５、及び後述のブロワ５５は、ともに、高温の燃焼排気ガスを吸込、吐出できるよう耐熱材料が、ロータ等必要部分に使用されている必要があり、例えばセラミック等が好適に使用できる。
【００６４】
或いは、図４に示すように、例えば、３方に接続口５４ａ、５４ｂ、５４ｃを有し、該接続口のいずれから流入した気体も均一に混合することのでき、接続口５４ａが火炉５１の抽気管５３に接続するサージタンク（混合手段）５４と、出口側が接続口５４ｂに接続し、入口側が図示しない給気ブロワに接続し燃焼用空気ＢＡを流量調節可能に供給できる流量調節弁５６と、接続口５４ｃに接続して、サージタンク５４内で混合された燃焼排気ガスＥＧ２と燃焼用空気ＢＡとを同時に吸込んで火炉本体５２下部に設けられた高温酸化ガスノズル５７に吐出することのできるブロワ（排風器）５５とを備えていてもよい。ブロワ５５により燃焼排気ガスＥＧ２と燃焼用空気ＢＡとを同時に吸引しサージタンク５４内で均一に混合させ、混合により生成した高温燃焼用酸化ガスＢＧを高温酸化ガスノズル５７から火炉本体５２内に噴出させる。このとき、流量調節弁５６を適宜調節して燃焼用空気ＢＡ量を調節することにより、燃焼排気ガスと燃焼用空気との混合割合を適宜設定することができる。
【００６５】
本実施例においては、高温酸化ガスノズルを燃焼排気ガスの流れ方向には１段のみの配置としたが、図５に示すように高温燃焼用酸化ガスＢＧを燃焼排気ガスの流れの上流から下流に向かって前後２段に分けて火炉本体６２に供給してもよい。この場合には、前段側ノズル（高温酸化ガス供給手段）６４を燃料ノズル６３近傍に配置し、まず、前段側ノズル６４から高温酸化ガスを適宜調整して供給し、還元性雰囲気を燃料ノズル６３近傍に形成させ、低ＮＯｘでの安定燃焼を達成し、さらに後段側ノズル（後段高温酸化ガス供給手段）６５から供給される高温燃焼用酸化ガスにより未燃焼の燃料を完全に燃焼させることができる。なお、後段側の燃焼においては、既に微粉炭中の窒素成分が安定化しているため、後段側の燃焼においてフュ−エルＮＯが発生することはない。
【００６６】
本実施例においては、燃料を固体燃料である微粉炭としたが、例えば、細かく砕いた木材チップなどのバイオマス燃料を用いてもよい。さらに多量の水分を含む汚泥等も搬送用空気による搬送の代わりにポンプにより火炉内に噴出させ、高温燃焼用酸化ガス及び燃焼火炎からの輻射熱により水分を蒸発させ、乾燥した汚泥をさらに加熱して汚泥に含まれる可燃性成分を揮発させて燃焼することとしてもよい。高温空気燃焼技術を使用しない従来技術によっては、例えば含水率６０％程度以上の汚泥を燃焼させる場合には、予め汚泥を予熱して乾燥させておくか、オイル混焼等の手段を講ずる必要があったが、本発明によってはそのような必要はなくより含水率の高い、例えば８０％程度の汚泥を燃焼させることが可能である。
【００６７】
なお、本実施例においては、予熱手段として排気ガスを熱源とする空気予熱器を使用したが、例えば、予熱用のバーナ、ヒータを別途備えて燃焼用二次空気を予熱してもよい。
また、本実施例においては抽気管とエアエジェクタとの間には、燃焼排気ガス中の粉塵を除去する脱塵装置をとりつけてはいないが、例えばサイクロンを介して、燃焼排気ガス中の粉塵量を減少させてもよい。
【００６８】
さらに、本実施例においては、燃焼に必要な空気は、燃焼用空気ＢＡ、燃焼用二次空気ＢＡ１及び少量の搬送用空気Ａ１として火炉に供給した。しかし、固体燃料の着火温度が比較的低い場合等においては、燃焼用空気ＢＡ量を増加させ、高温燃焼用酸化ガスの温度を低下させても着火性が低下することなく、火炎Ｆ近傍の還元性雰囲気の中で安定な低ＮＯｘ燃焼が継続する場合がある。このような場合には、燃焼用空規ＢＡと少量の搬送用空気Ａ１のみで全燃焼に必要な総ての酸素を供給することができるので、燃焼用二次空気の供給が不要となる。この場合には、第１の実施例に示された構成要件から、二次空気ノズル２１と空気予熱器２２及び給気ブロワ２３を削除しても、（１）高温空気燃焼による安定な低ＮＯｘ燃焼、及びそれによるエネルギー効率の向上、（２）燃焼排気ガスの再循環によるＮＯｘの低減効果、等の効果を奏することができる。
【００６９】
次に本発明にかかる第２の実施例にかかるボイラ装置７０を、図６を参照して説明する。
本ボイラ装置７０は、燃料ノズル７３、二次空気ノズル７４及び高温酸化ガスノズル７５を図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように複数（図６では４個ずつ）備え、それぞれの噴出方向を、噴流が火炉本体７２内において旋回流を形成するように微粉炭等を噴出させるものである。従って、上記３種類のノズル配置以外のシステム全体構成、機器の機能、形状、配置などは第１実施例と同様であり、ここでは記載を説明する。
【００７０】
本ボイラ装置７０は、図６（ａ）のＡ−Ａ矢視図である図６（ｂ）に示すように火炉本体７２下部の４隅近傍にそれぞれ燃料ノズル７３を備える。燃料ノズル７３の噴出方向は、以下のように定める。すなわち、火炉本体７２の中央に中心を有する水平な円７６を仮想し、燃料ノズル７３の噴出軸が該水平円７６の接線となるように定める。なお、このとき、該水平円７６の半径を適宜調節して、発生する旋回流が火炉本体７２側壁に衝突しスラッギングを生じることを防止する。また、図６（ａ）に示すように、高温酸化ガスノズル７５は、４つの燃料ノズル７３の直下にそれぞれ近接して配設され、ノズルの噴出方向は、それぞれの高温酸化ガスノズル７５直上の燃料ノズル７３に平行として、旋回流を生じるように配置する（図６（ｂ）中では高温酸化ガスノズル７５は、燃料ノズル７３に重なり表記できないため（  ）内に記載）。また、二次空気ノズル７４は、４つの燃料ノズル７３それぞれの直上（燃焼排気ガスの流れとしては後流側）に、少なくとも該燃料ノズル７３とその直下の高温ノズル７５との離隔距離よりも、該燃料ノズル７３と二次空気ノズル７４の離隔距離が大となるように配置し、噴出方向は、該燃料ノズル７３の噴出方向に一致させる。
【００７１】
本ボイラ装置７０の作用を説明する。燃料ノズル近傍における燃焼により発生する燃焼排気ガスの一部を抽気し、燃焼用空気と混合させて高温燃焼用酸化ガスを生成し、燃料ノズル７３先端に形成される火炎の近傍を高温の還元性雰囲気として安定な低ＮＯｘ燃焼を生ぜしめ、火炎後流側には空気予熱器において予熱された燃焼用二次空気を供給して未燃燃料を燃焼させて燃焼を完結させることにおいて、第２実施例とかわりがない。第３実施例のボイラ装置７０の特徴は、前述した燃料ノズル７３、高温酸化ガスノズル７５及び二次空気ノズル７４の噴出方向を火炉本体７２内に仮想した水平円７６の接線方向に揃えることにより、火炉本体７２内に仮想した水平円７６に沿った旋回流が発生し、、且つ、各ノズル７３〜７５からに噴流により渦流を強めるため該旋回流が上昇しながら燃焼を完結させていくので、水平円７６に沿って極めて安定な高温循環燃焼域が発生し、安定な低ＮＯｘ燃焼が実現されることにある。
【００７２】
次に第３の実施例にかかるボイラ装置８０について図７を参照しながら説明する。本ボイラ装置８０の特徴は、高温酸化ガスノズル８４近傍に設置される燃料ノズル８３とは別に、該燃料ノズル８３の火炎後流側（上側）に、後段燃料ノズル８５を設置しその近傍に二次空気ノズル８６を設置して該後段燃料ノズル近傍には燃焼用二次空気を供給させ、後段燃料ノズル８５及び二次空気ノズル８６のさらに後流側に後段二次空気ノズル８７を設置することにあり、その目的は、燃料ノズル８３近傍の燃焼で発生したＮＯｘを高温還元性雰囲気の後段燃料ノズル８５近傍の燃焼で還元させ、該燃焼における未燃燃料を後段二次空気ノズル８７から供給される燃焼用二次空気により燃焼させ、燃焼を完結させることにある。従って、上記ノズル配置と燃料ノズル８３、後段燃料ノズル８５への燃料供給及び後段二次空気ノズル８７への二次空気供給以外のシステム構成、各設備の機能、形状、配置及び作用効果は第１実施例と同じであるのでここでは説明を省略する。
【００７３】
図７に示すように、例えば、火炉本体８２の下部に設置された燃料ノズル８３と高温酸化ガスノズル８４とを同軸ノズルとして配置・開口させて燃料と高温燃焼用酸化ガスとを噴出燃焼させ、その上側、すなわち燃焼排気ガスの流れとしては後流側に、後段燃料ノズル８５と二次空気ノズル８６とを、例えば同軸ノズルとして配置・開口させて燃料と燃焼用二次空気とを噴出燃焼させる構造とする。また、後段燃料ノズル８５、二次空気ノズル８６の上側、すなわち燃焼排気ガスの流れとしては後流側に後段二次空気ノズル（後段二次空気供給手段）８７を設置し、燃焼用二次空気を噴出させる構造とする。
【００７４】
本ボイラ装置８０の作用を説明する。燃料ノズル８３近傍では、高温酸化ガスにより特に高温かつ還元性の強い雰囲気の領域（強化還元性雰囲気領域）８８を形成させ、その中で安定な低ＮＯｘ燃焼を行わせるとともに、強化還元性雰囲気領域８８近傍において後段燃料ノズル８５から供給される燃料を燃焼させる。このとき、強化還元性雰囲気領域８８近傍にも高温の還元性雰囲気領域が形成されているので、ＮＯｘの発生が抑止され、また発生したＮＯｘは還元されて、全体として低ＮＯｘ化を促進することができる。また、これら還元性領域における燃焼において未燃であった燃料は、後段二次空気ノズル８７から供給される燃焼用二次空気により燃焼し、燃焼が完結する。
【００７５】
本ボイラ装置８０は、更に以下の効果を奏する。すなわち、既存のボイラを高温空気燃焼ボイラに改造する際には、該ボイラの最上流側（最下段）のバーナを、高温酸化ガスにより微粉炭を燃焼させるバーナ（例えば上記燃料ノズル８３と高温酸化ガスノズル８４とを同軸ノズルとしたバーナ等）とし、それ以外のバーナについては、二次空気を供給して微粉炭を燃焼させる既存のバーナを利用することもできる。従って最小限の改造で、高温空気燃焼技術によるＮＯｘ低減等既述の効果を得ることができる。
【００７６】
なお、燃料ノズル８３と高温酸化ガスノズル８４、及び後段燃料ノズル８５と二次空気ノズル８６について、ここではいずれも同軸ノズルとしたが、離間させて配置してもよい。
次に本発明に係る第４の実施例にかかるボイラ装置９０を図８を参照して説明する。
第１実施例においては、搬送用空気Ａ１として通常の空気を使用することとしたが、本ボイラ装置９０は、空気予熱器９１において燃焼用空気を予熱した後の排気ガスＥＧ１を搬送用ガス及びミル（ミル装置）９４における微粉炭製造時の雰囲気ガスとして使用する。
【００７７】
より詳しくは、図８に示すように、本ボイラ装置９０は、第１実施例において説明したボイラ装置１の機器等に加え、又はそれに代えて、空気予熱器９１の後流側に接続された集塵器（粉塵除去手段）９２と、該集塵器９２において除塵された排気ガスＥＧ１を抽気して、ミル９４に圧送し、ミル９４において微粉炭を混合させて燃料ノズル９６から噴出させるための搬送空気ブロワ９３と、搬送空気ブロワ９３をも制御する制御装置９５等を備える。
【００７８】
上記以外のシステム構成、各設備の機能、形状、配置及び作用効果については第１実施例と同様であるので説明を省略する。
本ボイラ装置９０の作用を以下に説明する。
すなわち、給気ブロワ９３により、排気ガスＥＧ１の一部を集塵器９２の出口から抽気して、抽気した排気ガスＥＧを、搬送用空気Ａ１の代替及び微粉炭製造時の雰囲気ガスとしてミル９４に供給する。排気ガスＥＧ１は、酸素濃度が低下しているので、微粉炭製造時に活性化した微粉炭の意図しない着火を生じる虞が少なく、該意図しない微粉炭着火を防止するための温度制御等の条件を緩和することができ、また火炎の着火点近傍の酸素不足による還元性雰囲気を維持するのに好適に使用できる。このとき、火炎の着火点近傍の温度が、高温燃焼用酸化ガスの存在により高温に維持されていることから、搬送ガス中の酸素濃度が減少しても安定な燃焼が維持されることは言うまでもない。
【００７９】
なお、本実施例においては、微粉炭搬送に使用するガス中には塵埃がふくまれないことが望ましいことから、排気ガスを集塵器９２出口において抽気することとしたが、集塵器８２以降であれば、例えば、図示しない排気筒等、排気ガス処理系のいずれの点から抽気してもよい。
本発明にかかる第５の実施例のボイラ装置１００を、図９を参照しながら説明する。
【００８０】
本ボイラ装置１００は、火炉１０１から一部抽気した高温の燃焼排気ガスＥＧ２に燃焼用空気を混合せず、高温燃焼用酸化ガスとして該燃焼排気ガスＥＧ２をそのまま供給して、主として燃焼排気ガスＥＧ２内に残存する酸素着火点Ｆ１近傍の高温還元性雰囲気下における燃焼を行わせるものである。なお、このとき、微粉炭搬送に使用される搬送用空気Ａ１も量的には少ないものの燃焼用空気としても作用する。また、後段燃焼については、燃焼用二次空気が供給されることはいうまでもない。
【００８１】
ボイラ装置１００の火炉１０１の火炉本体１０２の下部側面には、燃料の微粉炭を火炉本体１０２内に噴出して火炎Ｆを形成する燃料ノズル１０３と、高温の燃焼排気ガスＥＧ２を高温燃焼用酸化ガスＢＧとして噴出し、微粉炭の燃焼と協働して火炎Ｆの着火点Ｆ１近傍に高温還元性雰囲気を形成する高温酸化ガスノズル１０４とを備え、上記ノズル１０３、１０４より上部の火炉本体１０２側面には、火炎Ｆ上部周囲（後流側）に燃焼用二次空気を噴出させる二次空気ノズル１０５を備える。また、火炉本体１０炉頂近傍の上部側壁には高温の燃焼排気ガスの一部を燃焼排気ガスＥＧ２として抽気する抽気管１０６とを備える。これらのノズル、抽気管の配置、形状その他は、第１実施例と同様である。
【００８２】
燃料ノズル１０３は、石炭Ｃを粉砕して微粉炭とし、該微粉炭を搬送用ブロワ１０８からの搬送用空気により圧送するミル１０９に接続している。また、抽気管１０６と高温酸化ガスノズル１０４とは、燃焼排気ガスＥＧ２を加圧して該ノズル１０４に吐出するブロワ１０７を介して接続している。該ブロワ１０７は、高温（例えば、８００℃）の燃焼排気ガスを加圧吐出できるものであり、好ましくは、ロータ等必要な部分は耐熱性に優れた、例えばセラミック材料により構成されることが望ましい。
【００８３】
上記以外のシステム構成、設備機器の形状、機能、配置、作用効果については第１実施例と同様であるのでここでは記載を省略する。
本ボイラ装置１００の作用を説明する。本ボイラ装置１００は、燃焼排気ガスＥＧ２を火炎の着火点Ｆ１近傍に再循環させて高温の還元性雰囲気を維持しつつ、少量の搬送用空気を着火点Ｆ１近傍に、また燃焼後段には潤沢な燃焼用二次空気を供給することにより、安定な低ＮＯｘ燃焼を継続することができるのである。以下、詳細に説明する。
【００８４】
燃料ノズル１０３から噴出した微粉炭が火炎Ｆを形成して燃焼するが、このとき着火点Ｆ１近傍には、高温酸化ガスノズル１０４から噴出する燃焼排気ガスＥＧ２と少量の搬送用空気Ａ１が供給されるのみである。燃焼用排気ガスＥＧ２中には、燃焼によりその濃度が低下した酸素が残存するのみであるので、着火点Ｆ１近傍には還元性の雰囲気が形成される。かかる酸素濃度の低い条件下においても高温のため着火性が向上し、前段燃焼として安定な低ＮＯｘ燃焼が生じる。燃焼後段には、二次空気ノズル１０５から燃焼用二次空気ＢＡ１が供給されるので、未燃燃料が燃焼して燃焼を完結させる。すなわち、火炉全体として２段階燃焼が生じる。燃焼により発生する高温の燃焼排気ガスは抽気管１０６から抽気され、ブロワ１０７により加圧吐出されて高温酸化ガスノズル１０４から噴出し、前述のように着火点Ｆ１近傍に高温の還元性雰囲気を形成する。
【００８５】
なお、ここで説明した実施形態は一つの例であって、本発明はこれのみに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において変更を加えうることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明にかかる第１の実施例のボイラ装置のシステム図である。
【図２】本発明にかかる第１の実施例のボイラ装置の燃料ノズル等の配置を示す、横断面図である。
【図３】本発明にかかる第１の実施例の別態様として、高温燃焼用酸化ガス生成手段としてブロワを用いる例を示す説明図である。
【図４】本発明にかかる第１の実施例のさらにまた別態様として、高温燃焼用酸化ガス生成手段としてブロワを用いる別の例を示す説明図である
【図５】本発明にかかる第１の実施例のさらにまた別態様として２段燃焼用の高温酸化ガスノズルの配置例を示すシステム図である。
【図６（ａ）】本発明にかかる第２の実施例であるボイラ装置において、二次空気ノズル、高温酸化ガスノズル及び燃料ノズルを噴出した燃料等が水平旋回流を形成するように配置した例を示す説明図であり、各ノズルの上下方向の配置を示すものである。
【図６（ｂ）】図６（ａ）に示すボイラ装置の高温酸化ガスノズル及び燃料ノズルの水平方向の配置を示す説明図である。
【図７】本発明にかかる第３の実施例である、高温酸化ガスノズルと燃料ノズル、二次空気ノズルと後段燃料ノズルとをそれぞれ同軸ノズルとして配置した例を示すシステム図である。
【図８】本発明にかかる第４の実施例である、搬送用空気として燃焼排気ガスを使用する場合のシステム図である。
【図９】本発明にかかる第５の実施例である、燃焼用空気を使用せず燃焼排気ガスを再循環させて高温空気燃焼を生ぜしめる場合のシステム図である。
【符号の説明】
【００８７】
１、７０、８０、９０，１００  ボイラ装置
１０、４１、５１  火炉
１０ａ  燃焼領域
２１、７４、８６、１０５  二次空気ノズル
２２、９１  空気予熱器
２３、２８  給気ブロワ
２５、４３、５３、１０６  抽気管
２６、４７、５７、７５、８４、１０４  高温酸化ガスノズル
２７  エアエジェクタ
２７ａ  高温燃焼用酸化ガス出口
３１、６３、７３、８３、９６、１０３  燃料ノズル
３２、９４、１０９  ミル
３３、９３、１０８  搬送用空気ブロワ
４４、５４  サージタンク
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ  接続口
４５、５５、１０７  ブロワ
４６、５６  流量調節弁
６４  前段側ノズル
６５  後段側ノズル
８５  後段燃料ノズル
８７  後段二次空気ノズル
９２  集塵器
【図１】
2005265299.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005265299.tif 000007
【図６（ａ）】
2005265299.tif 000008
【図６（ｂ）】
2005265299.tif 000009
【図７】
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【図８】
2005265299.tif 000011
【図９】
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